ارزیابی آزمایشگاهی روش PLSR برای تخمین حدود آتربرگ خاک با استفاده از طیف‌سنج زمینی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموختۀ دکتری مهندسی جنگل دانشگاه تهران، کرج

2 دانشیار دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج

3 دانشیار دانشکدۀ مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران

4 دانشیار گروه خاک‌شناسی، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

5 استاد دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج

چکیده

به‌طور کلی در کشورهای در حال توسعه مثل ایران، به‌دلیل نیاز به صرف زمان و هزینه‌های زیاد تحقیقات و روش‌های آزمایشگاهی متعارف، مطالعات مکانیک خاک به‌صورت محدود انجام می‌گیرد یا اصلاً انجام نمی‌گیرد؛ کمبود اطلاعات در این زمینه ممکن‌ است در نهایت سبب آسیب‌دیدگی سازه شود. امروزه روش‌های نوین مانند طیف‌سنجی زمینی در حال توسعه‌اند که می‌توانند این مشکل را تا حد زیادی برطرف کنند. طیف‌سنجی زمینی روشی غیرمخرب، سریع و ارزان است، ولی تا کنون تحقیقی در زمینۀ استفاده از این روش در برآورد ویژگی‌های مکانیک خاک در ایران انجام نگرفته است. در این پژوهش حدود آتربرگ خاک (حد روانی، حد خمیری، حد انقباض و شاخص خمیری) با استفاده از طیف‌سنج زمینی برآورد شد. به این منظور 45 نمونه خاک از سری نم‌خانۀ جنگل خیرود جمع‌آوری شد و آزمایش‌های حدود آتربرگ انجام گرفت و سپس با استفاده از طیف‌سنج زمینی VNIR اندازه‌گیری طیفی نیز صورت پذیرفت و از روش PLSR (Partial Least Square Regression) برای پیش‌بینی حدود آتربرگ خاک در دو حالت طیف خام و مشتق اول طیف استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل‌سازی PLSR برای پارامترهای حد روانی و شاخص خمیری در حالت طیف خام و مشتق اول کاملاً مناسب است و برای حد خمیری قابل قبول و برای حد انقباض غیر قابل قبول و ضعیف است؛ بنابراین از طیف‌سنجی می‌توان به‌عنوان روشی سریع، ارزان و با دقت قابل قبول برای پیش‌بینی حدود آتربرگ خاک استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory evaluation of the PLSR method to estimate Atterberg limits of soil by field spectroscopy

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Mousavi 1
  • Ehsan Abdi 2
  • Abbas Ghalandarzadeh 3
  • Hosseinali Bahrami 4
  • Baris Majnounian 5
1 Phd, Dept. of Forestry and Forest Economics, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I. R. Iran
2 Associate Prof., Dept. of Forestry and Forest Economics, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I. R. Iran
3 Associate Prof., Dept. of Civil Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
4 Associate Prof., Dept. of Soil Science, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, I. R. Iran
5 Prof., Dept. of Forestry and Forest Economics, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I. R. Iran
چکیده [English]

Generally in developing countries such as Iran, the studies in soil mechanics are rarely done or even not conducted due to high cost and time of research and conventional laboratory methods, so the lack of information in this field can damage the construction. Today new approaches such as field spectroscopy are being developed in order to dissolve many of these issues, which is a
non-destructive, fast and inexpensive method. Spectrometry is a non-destructive, fast and inexpensive method that has not been applied in estimation of mechanical properties of forest soils in Iran yet. In this study, we estimated the Atterberg limits of soil (Liquid limit, Plastic limit, Plasticity index, and Shrinkage limit) by field spectroscopy. For this purpose, 45 soil samples were collected from Kheyrood forest (NAMKHANE district) to do Atterberg Limits and VNIR. Partial‌ Least Square Regression (PLSR) was used to predict the Atterberg limits in both the raw spectra and the first derivative of the spectrum. The results showed that PLSR modeling for the parameters of Liquid Limit and Plasticity Limit in the raw and first derivative is very suitable and for Plastic Limit and Shrinkage Limit is weak and not acceptable. Therefore spectroscopy can be used as a fast, inexpensively and accurately acceptable method for predicting the Atterberg limits.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Field spectroscopy
  • Atterberg limits of soil
  • PLSR
  • First derivative